L'acciaio inossidabile non è necessariamente difficile da lavorare, ma la sua saldatura richiede un'attenta cura dei dettagli. Non dissipa il calore come l'acciaio dolce o l'alluminio e può perdere parte della sua resistenza alla corrosione se sottoposto a temperature eccessive. Le migliori pratiche aiutano a mantenerne la resistenza alla corrosione. Immagine: Miller Electric
La resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile lo rende una scelta interessante per molte applicazioni critiche di tubazioni, tra cui quelle per alimenti e bevande ad alta purezza, farmaceutiche, recipienti a pressione e petrolchimiche. Tuttavia, questo materiale non dissipa il calore come l'acciaio dolce o l'alluminio e una saldatura impropria può ridurne la resistenza alla corrosione. Un apporto di calore eccessivo e l'utilizzo di un materiale d'apporto non idoneo sono due delle cause principali.
Seguire alcune buone pratiche per la saldatura dell'acciaio inossidabile può contribuire a migliorare i risultati e a garantire che il metallo mantenga la sua resistenza alla corrosione. Inoltre, l'aggiornamento del processo di saldatura può apportare vantaggi in termini di produttività senza compromettere la qualità.
Nella saldatura dell'acciaio inossidabile, la scelta del materiale d'apporto è fondamentale per controllare il contenuto di carbonio. I materiali d'apporto utilizzati per la saldatura di tubi in acciaio inossidabile devono migliorare le prestazioni della saldatura e soddisfare i requisiti dell'applicazione.
Cercate materiali d'apporto con la sigla "L", come ad esempio ER308L, poiché offrono un contenuto massimo di carbonio inferiore che contribuisce a mantenere la resistenza alla corrosione delle leghe di acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio. La saldatura di un metallo base a basso tenore di carbonio con materiali d'apporto standard aumenta il contenuto di carbonio del giunto saldato, incrementando il rischio di corrosione. Evitate i materiali d'apporto contrassegnati con la lettera "H", poiché questi offrono un contenuto di carbonio più elevato e sono progettati per applicazioni che richiedono una maggiore resistenza alle alte temperature.
Nella saldatura dell'acciaio inossidabile, è importante scegliere un metallo d'apporto con bassi livelli di tracce (anche dette impurità) di elementi. Si tratta di elementi residui presenti nelle materie prime utilizzate per la produzione dei metalli d'apporto, tra cui antimonio, arsenico, fosforo e zolfo. Tali elementi possono influenzare notevolmente la resistenza alla corrosione del materiale.
Poiché l'acciaio inossidabile è molto sensibile al calore, la preparazione dei giunti e un corretto assemblaggio svolgono un ruolo chiave nel controllo del calore per preservare le proprietà del materiale. A causa di spazi tra le parti o di un accoppiamento non uniforme, la torcia deve rimanere in una posizione più a lungo e occorre più materiale d'apporto per riempire tali spazi. Ciò può causare un accumulo di calore nell'area interessata, con conseguente surriscaldamento del pezzo. Un accoppiamento non perfetto può anche rendere più difficile colmare lo spazio e ottenere la penetrazione di saldatura necessaria. Assicurarsi che le parti si adattino all'acciaio inossidabile nel modo più preciso possibile.
Anche la pulizia di questo materiale è molto importante. Anche minime quantità di contaminazione o sporco nelle giunzioni saldate possono causare difetti che riducono la resistenza e la resistenza alla corrosione del prodotto finale. Per pulire il substrato prima della saldatura, utilizzare una spazzola speciale in acciaio inossidabile che non sia mai stata utilizzata su acciaio al carbonio o alluminio.
Nell'acciaio inossidabile, la sensibilizzazione è la principale causa di perdita di resistenza alla corrosione. Ciò può verificarsi quando la temperatura di saldatura e la velocità di raffreddamento fluttuano eccessivamente, modificando la microstruttura del materiale.
Questa saldatura esterna su tubo in acciaio inossidabile, eseguita con il processo GMAW e deposizione di metallo controllata (RMD) senza lavaggio in controcorrente del cordone di radice, è simile per aspetto e qualità alle saldature realizzate con il processo GTAW con lavaggio in controcorrente.
Un elemento chiave della resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile è l'ossido di cromo. Tuttavia, se il contenuto di carbonio nella saldatura è troppo elevato, si formerà carburo di cromo. Questo lega il cromo e impedisce la formazione dell'ossido di cromo desiderato, che conferisce all'acciaio inossidabile la resistenza alla corrosione. Se non c'è abbastanza ossido di cromo, il materiale non avrà le proprietà desiderate e si verificherà corrosione.
La prevenzione della sensibilizzazione dipende dalla scelta del materiale d'apporto e dal controllo dell'apporto termico. Come accennato in precedenza, è importante scegliere un materiale d'apporto a basso tenore di carbonio per la saldatura dell'acciaio inossidabile. Tuttavia, in alcune applicazioni, il carbonio è talvolta necessario per garantire la resistenza. Il controllo del calore è particolarmente importante quando i materiali d'apporto a basso tenore di carbonio non sono un'opzione.
Ridurre al minimo il tempo in cui la saldatura e la zona termicamente alterata rimangono a temperature elevate, generalmente comprese tra 950 e 1.500 gradi Fahrenheit (500 e 800 gradi Celsius). Minore è il tempo di permanenza della saldatura in questo intervallo, minore sarà il calore generato. Controllare e monitorare sempre la temperatura tra le passate durante la procedura di saldatura.
Un'altra opzione è quella di utilizzare metalli d'apporto progettati con componenti di lega come titanio e niobio per prevenire la formazione di carburo di cromo. Poiché questi componenti influenzano anche la resistenza e la tenacità, questi metalli d'apporto non possono essere utilizzati in tutte le applicazioni.
La saldatura TIG (Gas Tungsten Arc Welding) per la passata di radice è il metodo tradizionale per la saldatura di tubi in acciaio inossidabile. Questo processo richiede solitamente un lavaggio con argon per prevenire l'ossidazione sul lato posteriore della saldatura. Tuttavia, l'utilizzo di processi di saldatura a filo per tubi in acciaio inossidabile sta diventando sempre più comune. In queste applicazioni, è importante comprendere come i diversi gas di protezione influenzino la resistenza alla corrosione del materiale.
Nella saldatura dell'acciaio inossidabile mediante il processo GMAW (Gas Metal Arc Welding), si utilizzano tradizionalmente argon e anidride carbonica, una miscela di argon e ossigeno o una miscela di tre gas (elio, argon e anidride carbonica). In genere, queste miscele contengono principalmente argon o elio e meno del 5% di anidride carbonica, poiché quest'ultima contribuisce alla formazione del bagno di saldatura e aumenta il rischio di sensibilizzazione. L'argon puro non è raccomandato per la saldatura GMAW dell'acciaio inossidabile.
Il filo animato per la saldatura dell'acciaio inossidabile è progettato per essere utilizzato con una miscela tradizionale di argon al 75% e anidride carbonica al 25%. Il flusso contiene ingredienti studiati per impedire che il carbonio del gas di protezione contamini la saldatura.
Con l'evoluzione dei processi GMAW, la saldatura di tubi e condotti in acciaio inossidabile si è semplificata. Sebbene alcune applicazioni possano ancora richiedere processi GTAW, i processi di saldatura a filo avanzati possono offrire una qualità simile e una maggiore produttività in molte applicazioni dell'acciaio inossidabile.
Le saldature interne in acciaio inossidabile realizzate con il processo GMAW RMD sono simili per qualità e aspetto alle corrispondenti saldature esterne.
La passata di radice, utilizzando un processo GMAW a corto circuito modificato come la deposizione di metallo regolata (RMD) di Miller, elimina il lavaggio in controcorrente in alcune applicazioni su acciaio inossidabile austenitico. La passata di radice RMD può essere seguita da passate di riempimento e di copertura mediante saldatura GMAW pulsata o ad arco con filo animato, un cambiamento che consente di risparmiare tempo e denaro rispetto all'utilizzo della saldatura GTAW con lavaggio in controcorrente, soprattutto su tubi di grandi dimensioni.
RMD utilizza un trasferimento di metallo a cortocircuito controllato con precisione per produrre un arco e un bagno di saldatura calmi e stabili. Ciò riduce la probabilità di sovrapposizioni fredde o di mancanza di fusione, diminuisce gli spruzzi e garantisce una passata di radice del tubo di qualità superiore. Il trasferimento di metallo controllato con precisione assicura inoltre una deposizione uniforme delle gocce, facilitando il controllo del bagno di saldatura e, di conseguenza, dell'apporto termico e della velocità di saldatura.
I processi non convenzionali possono aumentare la produttività della saldatura. Utilizzando un RMD, la velocità di saldatura può variare da 6 a 12 pollici/minuto. Poiché il processo aumenta la produttività senza riscaldare ulteriormente i pezzi, contribuisce a mantenere le proprietà e la resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile. Il ridotto apporto di calore del processo aiuta anche a controllare la deformazione del substrato.
Questo processo GMAW pulsato offre lunghezze d'arco più corte, coni d'arco più stretti e un minore apporto di calore rispetto al trasferimento a impulsi di spruzzo convenzionale. Poiché il processo è a circuito chiuso, la deriva dell'arco e le variazioni della distanza tra la punta e il pezzo sono praticamente eliminate. Ciò facilita il controllo del bagno di fusione per la saldatura in loco e fuori sede. Infine, l'accoppiamento del GMAW pulsato per il cordone di riempimento e di copertura con RMD per il cordone di radice consente di eseguire la procedura di saldatura utilizzando un solo filo e un solo gas, eliminando i tempi di cambio processo.
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